Metabolismo de Ácidos Graxos

Profa. Dra. Aline Maria da Silva

Departamento de Bioquímica

Instituto de Química- USP

Ácidos graxos:

Grupo carboxila

Cadeia carbônica

Estearatoforma ionizada do ácido esteárico (18 carbonos)

Oleatoforma ionizada do ácido oleico

(18 carbonos, 1 insaturação em configuração cis)

Ácidos carboxílicos com cadeia carbônica longa (14 a 24 carbonos) sem ramificações, contendo ou não insaturações.

Ácido mirístico

Ácido palmítico

Ácido esteárico

Ácido palmitoleico

Ácido oleico

Ácido linoleico(família ômega-6)

Ácido α-linolênico(família ômega-3)

Ácidos graxos ômega-3

Carbono ω

Glicerol

triacilglicerol

1-estearoil, 2-linoleil, 3-palmitoil- glicerol

Os ácidos graxos são armazenados como triacilgliceróis

Os triacilgliceróis são reservas altamente concentradas de energia metabólica porque são reduzidos e anidros.

Micrografia eletrônica de uma adipócito: uma pequena faixa de citoplasma circunda o enorme depósito de triacilgliceróis.

• As células adiposas são especializadas para síntese e armazenamento de triacilgliceróis.

• Os triacilgliceróis são apolares e por isto são armazenados em forma quase anidra (sem água).

• As reservas de triacilgliceróispodem sustentar energeticamente as funções biológicas por várias semanas.

Nutrientes ricos em energia

CarboidratosProteínasLipídios

Catabolismo

Produtos pobres em

energia

CO2H20NH3

Macromoléculas

ProteínasPolissacarídeosLipidiosÁcidos Nucleicos

Moléculas precursoras

AminoácidosAçucaresÁcidos graxosBases nitrogenadas

Anabolismo

energia química

O rendimento da oxidação de ácidos graxos é ~9kcal/g enquanto que carboidratos e proteínas rendem ~4kcal/g.

Catabolismo

Anabolismo

Acetil-CoA

fosfolipídios

Triacilgliceróis Ácidos graxos

Acetoacetil-CoA

Ácidos graxos

fosfolipídios

Triacilgliceróis

Glicogênio

Fontes de Ácidos Graxos: Dieta, Estoque de gorduras, Síntese de outras fontes

As gorduras da dieta são digeridas no estômago e intestinodelgado por lipases gástrica e pancreática

Depois da ingestão, ostriacilgliceróis (TAG) sãoemulsificados pelos sais biliares(incorporados em micelas quefacilitam a açao das lipases).

Os principais produtos da ação das lipases são 2-monoacilgliceróis e ácidos graxos livres que sãoabsorvidos pelas célulasepiteliais que revestem o intestino delgado

Ácidos biliares como o glicolato atuam como

detergentes.

triacilglicerol diacilglicerol monoacilglicerol

Os 2-monoacilgliceróis e ácidos graxos livres são absorvidos pelas células epiteliais que revestem o intestino delgado e são reconvertidos em TAG que são empacotados com proteínasespecíficas e colesterol da dieta em quilomicrons.

Triacilgliceróis

Monoacilgliceróis

Ácidos graxos

Triacilgliceróis

Outros lipídios, proteínas

Quilomicrons Sistemalinfático

Célula da mucosa epitelial

Sangue

• Tecido adiposo• Músculo

QuilomícronApoliproteínas

ColesterolFosfolipídios

Triacilgliceróis

Lipídios ingeridosda dieta

1 Emulsificação com sais biliares formandomicelas mistas

Lipases intestinaisdegradam TAG Mucosa intestinal

Ácidos graxos e monoacilglicerol sãoabsorvidos pelamucosa intestinal e reconvertidos em TAG

Formação dos quilomicrons

Quilomicronsmovem-se atravésdo sistema linfático e sanguíneo para ostecidos

Ativação da lipoproteínalipase

Ácidos graxosentram nas células

Ácidos graxos sãooxidados ou re-esterificados paraarmazenamento

Miócito ouadipócito

Vesícula biliar

Intestinodelgado

Capilares

O fígado é outra fonte de ácidosgraxos livres no estadoalimentado. Os ácidos graxos sãoprovenientes do excesso de carboidratos e aminoácidos.

Esses ácidos graxos são ligadosem TAG e acondicionados emVLDL (lipoproteína de densidademuito baixa), que é secretada nacorrente sanguínea.

Estado alimentado

TAG em quilomicrons e VLDL são hidrolisados por lipases localizada nasuperfície de células endoteliais de capilares de tecidos, como o adiposo e músculo esquelético.

A apoproteína ApoC-II (apo = lipoproteína na sua forma livre de lipídio), encontrada em quilomicrons e em VLDL, ativa esse processo.

Quilomicrons dãoaparência leitosa

Plasma sanguíneoapós jejum

Plasma sanguíneo

após refeição

Hormônios sinalizam a mobilização de gorduras armazenada

• Os hormônios adrenalina (epinefrina) e glucagon, secretados quando a glicemia está baixa ativam a liberação de ácidos graxos dos triacilgliceróis.

• Os ácidos graxos liberados dos adipócitos vão para corrente sanguínea onde ligam-se a albumina.

• Os ácidos graxos são transportados para tecidos como músculo, coração e córtex renal.

Adenililciclase

Proteína quinase A

Proteína quinase A Outras lipases

Ácidos graxos livres

Hormônios (glucagon, adrenalina) sinalizam a mobilização de gorduras armazenada

Hepatócito

Ácidos graxos livres

triacilglicerol

glicerol

Lipase

Outros tecidos

Glicerol

Glicerolquinase

Glicerol 3-fosfato

Glicerol 3-fosfato

desidrogenase Diidroxiacetonafosfato

Triose fosfato isomerase

Gliceraldeído3-fosfato

(Glicólise)

O glicerol não pode ser aproveitado pelos adipócitos que não tem glicerol quinase. É liberado na circulação. No fígado e em outrostecidos é convertido em diidroxiacetona fosfato.

Degradação dos ácidos graxos

• Por ser a ligação C-C nos ácidos graxos relativamente estável, eles tem que ser ativados antes da degradação (oxidação).

• O AG é convertido em acil-CoA em reação de 2 passos pela acil-CoA sintetase.

• Os acil-CoA são compostos ricos em energia.

• A ligação tioéster é formada as custas da quebra de uma ligação anidrido fosfórico ATP → AMP +PPi

• O pirofosfato é hidrolisado a 2 Pi numa reação irreversível, que torna o processo todo irreversível

acil-CoA sintetase

O ácido graxo é convertido em acil-CoA em reação de 2 passospela acil-CoA sintetase

ácido graxo

acil-CoAsintetase

acil-adenilato(ligado a enzima)

acil-CoAsintetase

acil-CoA

pirofosfato

pirofosfatase

Ligação tioéster entre a carboxila do ácido graxo e o grupo SH da CoA

Coenzima A

Grupo tiolreativo

Os ácidos graxos ativados são transportados para a matrizmitocondrial através de sua ligação a carnitina.

Carnitina ésintetizada a partir de aminoácidos

Carnitina acil-transferase I

Translocase

Carnitina acil-transferase II

Membranamitocondrial externa

Membranamitocondrial interna

Reação de β-oxidação: na matriz mitocondrialacil-CoA é oxidada aacetil-CoA produzindoNADH e FADH2

Ciclo do ácidocítrico

Cadeia de transporte de

elétrons

8 acetil-CoA

C16

β-oxidação

1- Oxidação de acil-CoA a enoil-CoA

2- Hidratação da duplaformando 3-hidroxiacil-CoA

3-Oxidação do grupo hidroxila do carbono βformando carbonila

4-cisão da β-cetoacil-CoA poruma reação com umamolécula de CoA: encurtamento de dois átomosde carbono

(C14) acil-CoAmiristoil-CoA

β-cetoacil-CoA

L-β-hidroxi-acil-CoA

enoil-CoA

palmitoil-CoA

Acil-CoAdesidrogenase

enoil-CoAhidratase

tiolase

β-hidrociacil-CoAdesidrogenase

Primeiras três rodadas na degradação do palmitato.

Palmitoil-CoA (16 C) + 7CoA + 7FAD+ 7NAD+ + 7 H2O

8 Acetil CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7H+

Rendimento de ATP durante a oxidação de uma molécula de palmitoil-CoA a CO2 e H2O

Enzima: etapa de oxidação

Número de NADH ou FADH2 formado

ATP formado*

* Estes cálculos assumem que a fosforilação oxidativa mitocondrialproduz 1,5 ATP por FADH2 oxidado e 2,5 ATP por NADH oxidado.

O GTP produzido nesta etapa rende 1 ATP em uma reação catalisada pela nucleosídeo difosfato quinase.

- ATP da ativação do palmitato (2 ligações ricas em energia) = 2 ATP = 106

A oxidação de ácidos graxos insaturados requer enzimasadicionais.

Os AG insaturados sãocomuns em tecidosanimais e vegetais e suas configurações sãoquase sempre cis

Oleil-CoA3 ciclos de β-oxidação

Enoil-CoAisomerase

5 ciclos de β-oxidaçãoOs AG poliinsaturados

requerem outrasisomerases e redutases.

Ácidos graxos com número ímpar de carbonos (raros!) são oxidados do mesmo modo que os de cadeia de número par, exceto quanto à produção de propionil CoA e acetil CoA no último ciclo da β-oxidação.

propionil CoA D-metilmalonil CoA L-metilmalonil CoA

Succinil CoA

Ciclo de Krebs

propionil CoA carboxilase

metilmalonil CoA mutase – cobalamina (vitamina B12)

Quando predomina a degradação de lipídios ocorre a

formação de corpos cetônicos.A entrada de acetil-CoA no ciclo de Krebs depende da disponibilidade de oxaloacetato, que diminui quando nãohá glicose disponível.Oxaloacetato é formado a partir de piruvato. No jejum ou diabetes, oxaloacetato é usado para formar glicose, e não está disponível para condensação com acetil-CoA.

acetoacetil-CoA 3-hidroxi-3 metil-glutaril CoA

acetoacetato acetona

D-3-hidroxi-butirato

tiolase

Hidroximetilglutaril coA

sintase

Hidroxi butiratodesidrogenase

Enzima de clivagem

Piruvato carboxilase

Os corpos cetônicosproduzidos no fígado caem na corrente sanguínea.

Nas mitocôndrias do músculo cardíaco, cortéxrenal e outros tecidos, oscorpos cetônicos sãoconvertidos em acetoacetatoque é utilizado como fontede energia

Durante o jejum prolongado e no diabetes, o cérebro se adapta a utilização de corpos cetônicos com fonte de energia.

β-cetoacil transferaseausente no fígado

Cetose= elevada concentração deCorpos cetônicos no plasma (cetonemia) ena urina (cetonúria)Cetonemia resulta em acidose

Se carboidratos, gorduras e proteínas são consumidos emquantidades que excedam as necessidades energéticas, o excesso será armazenado na forma de triacilgliceróis.

Síntese de ácidos graxos

A síntese de ácidos graxos ocorre no CITOSSOL das células, preferencialmente no:• Fígado• Tecido adiposo• Glândulas mamárias (na lactação)

A síntese de ácidos graxos está sujeita a diversosmecanismos de controle, mas ocorre invariavelmente, quando a carga energética celular é alta (ATP/ADP alta)

•A síntese de ácidos graxos tem acetil-CoA e malonil-CoA como doadores de carbonos e NADPH como agenteredutor.

•As atividades enzimáticas para síntese de ácidosgraxos nos eucariotos estão presentes em uma únicacadeia polipeptídica da ácido graxo sintase.

• Os intermediários na síntese de ácidos graxos são ligados a sufidrila terminal da fosfopanteteína ligada a proteína carreadora de acilas (ACP)

Acetil-CoA para síntese de ácidos graxos provém da mitocôndria e é formado a partir de:

- Piruvato (da glicose)

- Ácidos graxos (das gorduras)

- Alguns aminoácidos (das proteínas)

Acetil-CoA NÃO sai da mitocôndria diretamente.

Os átomos de carbonos do Acetil-CoA são transportados para o citossol sob forma de CITRATO.

Citratosintase

Acetil-CoA Oxaloacetato Citrato

Transporte de carbonos como acetil-CoA, com gasto de ATP e formação de NADPH citossólico

Piruvato carboxilase

Mitocôndria Citossol

Acetil-CoA

citrato

oxaloacetato

citrato

oxaloacetato Acetil-CoA

Piruvato Piruvato

CO2malato

CO2

NADP+

NADPH

Ácido graxo

Citrato liase

ATP + HS-CoA

ADP+ Pi

Membrana mitocondrialexterna

Membranamitocondrial interna

Citossol

Citratoliase

Malatodesidrogenase

Malatodesidro-genase

Citratosintase

Transportadorde citrato

Transportadorde piruvato

Transpor-tador de

malato

Piruvatodesidrogenase

Transporte de carbonoscomo acetil-CoA, com gasto de ATP e formaçãode NADPH citossólico

A formação de malonil-CoA a partir de acetil-CoA é a etapa limitante da síntese de ácidos graxos:

Acetil-CoA carboxilase

Acetil CoA

Malonil CoA

Carboxi-laseativa

Carboxi-lase

inativa

Carboxi-lase

inativa

Carboxilaseparcialmente

ativa

Quinase-AMP

Fosfatase

Citrato

Reação de ativação àscustas de gasto de 1 ATP

A acetil-CoA carboxilase tem como grupo prostético a biotina

Carboxilaseda biotina

Carboxilaseda acetil-CoA

Malonil-CoAAcetil-CoA

Durante a síntese de ácidos graxos os intermediários estãoacoplados a ACP

Proteína Carreadora de Acilas (ACP) Coenzima A

fosfopanteteína

Acetil CoA + ACP acetil-ACP + CoA

Malonil CoA + ACP malonil-ACP + CoA

transacilase

Os ácidos graxos sãosintetizados pelarepetição de reações de condensação, redução, desitratação e redução. Os intermediários estãosempre ligados a ACP.

+ Malonil-ACP

Segundavolta da síntese

A liberação de CO2 impulsiona a condensação.

+ Malonil-ACP

Segunda rodada da síntese

Entrada do substrato

Condensação Redução

Translocação

Liberação do

palmitato

As atividades enzimáticas para síntese de ácidos graxos nos eucariotosestão presentes em uma única cadeia polipeptídica da ácido graxo sintase.

A unidade flexivel de fosfopanteteína da ACP transporta os substratos para os centros ativos da enzima

ACP= Proteína carreadora de acilaAT= Acetil-CoA-ACP-transacilaseMT= Malonil-CoA-ACP transacilaseCE =β-cetoacil-ACP sintase (Condensação)KR= β-cetoacil-ACP redutaseDH= β-hidroxiacil desidrataseER = enoil-ACP redutaseTE = Tioesterase

CE

CE CE

CE

ácido graxo sintase

carregada com grupos acetil e

malonil

Acetil-CoA-ACP-transacilase Malonil-CoA-ACP transacilase

ácido graxo sintase

carregada com grupos acetil e

malonil

Condensação

Acetoacetil-ACP

β-cetoacil-ACP sintase (Enzima de Condensação)

Acetoacetil-ACP

Redução do β-ceto grupo

β-hidroxibutiril-ACP

β-cetoacil-ACP redutase

β-hidroxibutiril-ACP

Desitratação

Trans-Δ2-butenoil-ACP

β-hidroxiacil desidratase

Trans-Δ2-butenoil-ACP

butiril-ACP

Redução da dupla ligação

enoil-ACP redutase

Translocação do grupo butiril para

cisteína da β-cetoacil-ACP

sintase

Segunda rodada

Início da segunda rodada

Condensação

Malonil-CoA-ACP transacilase

β-cetoacil-ACP

Produto hidrolisadopor tioesterase

+ adições

de malonil-

ACP

Malonil-ACP Malonil-ACP

Malonil-ACP

Malonil-ACP

Palmitato

ácidograxo

sintase

Estequiometria da síntese de ácidos graxos:

1- formação de 7 malonil-CoA

7 acetil-CoA + 7CO2 + 7ATP → 7malonil-CoA + 7ADP + 7Pi + 14H+

2- Sete ciclos de condensação e redução

acetil-CoA + 7malonil-CoA + 14 NADPH + 20H+ → palmitato (C16)

+ 7CO2+ 8 CoA+ 14 NADP++ 6H2O

8 acetil-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6H+ → palmitato (C16) + 14 NADP+ + 8CoA + 6H2O + 7ADP + 7Pi

1 NADPH é gerado para cada acetil CoA transferida da mitocôndria para o citossol, portanto 8 NADPH vem desta etapa. Os demais 6 NADPH para síntese

provém da via das pentose-fosfato.

Membrana mitocondrialexterna

Membranamitocondrial interna

Citossol

Citratoliase

Malatodesidrogenase

Malatodesidro-genase

Citratosintase

Transportadorde citrato

Transportadorde piruvato

Transpor-tador de

malato

Piruvatodesidrogenase

Transporte de carbonoscomo acetil-CoA, com gasto de ATP e formaçãode NADPH citossólico

Enzimamálica

Enzima málica

A formação de malonil-CoA a partir de acetil-CoA é a etapa limitante da síntese de ácidos graxos:

Acetil-CoA carboxilase

Acetil CoA

Malonil CoA

Carboxi-laseativa

Carboxi-lase

inativa

Carboxi-lase

inativa

Carboxilaseparcialmente

ativa

Quinasedependente

de AMP

Fosfatase

Citrato

Reação de ativação àscustas de gasto de 1 ATP

Controle alostéricopelo citrato

Regulação da síntese de ácidos graxos

Malonil-CoA inibe a carnitina aciltransferase I (inibe transporte de ácidos graxos para mitocôndria prevenindo sua degradação)

Acetil- CoAcarboxilase

insulinaCitratoliase

Glucagon, adrenalina causam inativação da Acetil-CoAcarboxilase (AMP ↑), inativama fosfatase, mantendo a ACC fosforilada, inativa.

Insulina causa

ativação

Controle alostérico + pelo citrato

Controle alostérico -

pelo palmitoil-

CoA

Inibe a fosfofrutoquinase(glicólise)